理论教育 多酚氧化酶反应类型简介

多酚氧化酶反应类型简介

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:酚类化合物的低氧化还原电位足以引起Cu1吸收电子,故酚类成为漆酶催化的典型底物。在Xu等人极具突破意义的文献中,基于嗜热毁丝菌漆酶的研究指出,酶催化特性可通过定向诱变发生明显改变。由此可见,改变氨基酸序列或糖类基团均能轻易地改变漆酶的属性特点。在研究漆酶活性时涉及了大量的底物类型,无论酶攻击何种底物,借助氧气氧化对苯二酚是唯一能确切表明漆酶活性的证据。反应自由基的生成,导致共价键的分裂和单体的释放。

多酚氧化酶反应类型简介

种类繁多的漆酶可催化广谱的底物,基本上具有对苯二酚结构特点的底物均可被漆酶氧化。此外,某些真菌漆酶还可氧化单酚与抗坏血酸。酚类化合物的低氧化还原电位(参比一般氢电极为0.5~1.0V)足以引起Cu1吸收电子,故酚类成为漆酶催化的典型底物。常用的酚类底物包括丁香醛连氮、DMP和愈创木酚;另外,漆酶也可以氧化如ABTS(2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸))和亚铁氰化物[K4Fe(CN)6]等电子供体底物。酚类底物氧化为含苯氧基的自由基,根据反应条件,可通过自由基耦合或自身重排自发聚合引起醌类形成(通过歧化反应)、烷基-芳基开环、Cα氧化、Cα-Cβ键断裂或芳香环开环(Giardina and Faraco et al.,2010)。

Xu比较研究了数种真菌漆酶对一系列酚类、苯胺类和苯硫酚类化合物的氧化作用(Xu,1996)。结果表明催化效率同底物结构和Cu1与底物之间的单电子氧化还原电位差有关。Garzillo等人研究发现当底物同时出现邻位和对位取代基团时,硬毛栓菌漆酶催化底物氧化的程度加深(Garzillo and Colao et al.,1998)。前文提到,Tadesse等人测定了底物空间位阻和底物氧化还原性质在决定漆酶氧化敏感性方面的相对贡献(Tadesse and D’Annibale et al.,2008)。

以往区分漆酶与过氧化物酶以及其他多酚氧化酶时,往往采取了并不恰当的试验。Scherer和Fischer的实验表明了这一问题的复杂情况。这些研究人员从构巢曲霉菌中纯化得到Ⅱ型漆酶,除了具有漆酶的底物专一性,酶的序列和高纯化度都更接近过氧化酶(Scherer and Fischer,1998)。在Xu等人极具突破意义的文献中,基于嗜热毁丝菌漆酶的研究指出,酶催化特性可通过定向诱变发生明显改变。在某三重突变体中,酶的催化性能与抑制作用都发生了明显改变(Xu and Berka et al.,1998)。由此可见,改变氨基酸序列或糖类基团均能轻易地改变漆酶的属性特点。

包括圆二色光谱(CD)和电子顺磁共振(EPR)在内的物理方法学被应用于真菌漆酶金属中心的研究。结果表明,酶金属中心比酶蛋白二级结构更为稳定。改变二级结构可引起底物专一性变化。在研究漆酶活性时涉及了大量的底物类型,无论酶攻击何种底物,借助氧气氧化对苯二酚是唯一能确切表明漆酶活性的证据。丁香醛连氮是常用的反应底物,但它也有缺点,即可被过氧化酶催化。因此在利用丁香醛连氮时需进行格外的预防工作,如清除过氧化氢,可实际上在预期漆酶出现的试验中往往遗漏这一步。另一常用的底物为2,2-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS),该化合物也可被过氧化氢酶氧化,同样需小心使用。区分漆酶和过氧化物酶以及其他多酚氧化酶需要艰苦卓绝的工作。困难之一是漆酶的即时氧化产物为半醌类自由基,它们极其活跃,并能够与未充分纯化的酶制剂中的多种化合物发生反应(Mayer and Staples,2002)。

漆酶的不同的铜中心夺取还原态底物的电子,并传递到分子氧,且不释放有毒的过氧化物中间体。这是通过1型铜催化的底物的四个单电子氧化来实现的。电子被进一步转移到三核簇,在那里还原分子氧和并释放水分子。底物的氧化可以激发反应自由基,并经历非酶反应。漆酶催化的反应类型如下:(www.daowen.com)

单体的交联:由漆酶氧化的酚类化合物和苯胺类化合物产生自由基,并发生相互反应,以形成通过C-C、C-O和C-N键共价结合的二聚物、低聚物或聚合物。在土壤中,天然和异生酚类或芳香胺因此可以结合到有机腐植基质上。在被取代的化合物中,该反应可以伴随局部脱甲基和脱卤作用。漆酶的这种能力可以使其在解毒污染的土壤或废水方面发挥潜在作用(Filip and Claus,1995;Duran and Esposito,2000)。在高等植物中,由漆酶催化的酚前体的交联是木质化过程的一部分。在昆虫中,漆酶催化的儿茶酚与蛋白质的氧化偶合可能参与角质层硬化(Kramer and Kanost et al.,2001)。在微生物中,漆酶催化蛋白质的残基的交联,例如,酪氨酸到交联酪氨酸,可以提高芽孢杆菌孢子的耐高温和耐紫外线性能(Hullo and Moszer et al.,2001;Martins and Soares et al.,2002)。

聚合物的降解:漆酶参与复杂的天然聚合物,如木质素或腐殖酸的降解(Claus and Filip,1997)。反应自由基的生成,导致共价键的分裂和单体的释放。因为空间位阻,酶可能不会直接与聚合物接触。一些分子较小的有机化合物或金属,可以被漆酶氧化和激活,例如藜芦基醇,3-羟基-邻氨基苯甲酸和锰介导的自由基催化的解聚。非生理氧化还原介质在生物技术方法中使用,可以增加漆酶的氧化电势(Claus,2003)。

芳烃开环反应:在一些情况下,漆酶可以催化芳族化合物的开环反应。此反应在生物降解硝基芳烃和合成染料中可能起作用(Duran and Esposito,2000;Claus,2003)。

总之,漆酶是一种非常全面的酶,催化一种基本反应,并延伸至许多其他活性(Mayer and Staples,2002)。它们无处不在,分布在生命的各个领域;需要更多的调查以便更好地了解其生理重要性,并进一步定义其生物技术潜力。

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